專利名稱：帶有異常狀態(tài)保護器高功率因數(shù)電子燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造屬于氣體放電光源，涉及帶有異常狀態(tài)保護器的高功率因數(shù)電子燈。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會需求的提高，人們要求電子燈不但有高的線路功率因數(shù)，低畸變電源電流波形和高發(fā)光效率；而且還必須具有熒光燈管開路、漏氣、斷絲、不啟動及過電壓、過電流的自我保護功能，具有高的可靠性和長的工作壽命。在實際使用中，由于電源線路故障和熒光燈性能變化所造成的異常狀態(tài)是經(jīng)常發(fā)生的，研制開關(guān)這類性能和要求的電子燈有一定的社會、經(jīng)濟效益。
已公開西安交通大學(xué)的專利文獻《帶有異常狀態(tài)保護電路的電子鎮(zhèn)流器》(公告號CN2086496U)，采用電壓、電流信號采樣，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，短路振蕩器的反饋回路，強迫逆變器停止工作實現(xiàn)保護。它為了防止誤觸發(fā)，在可控硅控制極裝有觸發(fā)信號電流的積分延遲電路。異常狀態(tài)一旦出現(xiàn)，因信號電流被延遲使可控硅來不及觸發(fā)導(dǎo)通，而逆變用晶體管進入二次擊穿卻是微秒級受損壞，而且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。該電子鎮(zhèn)流器的電源整流輸出端由大容量電容器直接濾波，線路呈容性，使電源電流呈脈沖狀，功率因數(shù)低達0.55，電流波形畸變嚴(yán)重。
本發(fā)明的任務(wù)在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、光效又高的帶有異常狀態(tài)保護器高功率因數(shù)電子節(jié)能燈。
本發(fā)明的任務(wù)是這樣實現(xiàn)的，它包括燈管、殼體和電子鎮(zhèn)流器，其特征在于電子鎮(zhèn)流器的電源輸入端經(jīng)保險絲BX再并聯(lián)壓敏電阻器MYG，由晶體管T1、T2和脈沖變壓器B構(gòu)成半橋式逆變電路的直流電源輸入端串聯(lián)有正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTC1，在D1－D4構(gòu)成的整流電路輸出端與電源濾波大電容器C3之間接有二極管D5，其正極與整流電路正輸出端連接，負極與C3的正端連接，燈管的一個陰極經(jīng)鎮(zhèn)流電感器L6與逆變電路的輸出端連接，另一個陰極經(jīng)交連電容器C6與整流電路正輸出端相連接。上述燈管的兩個陰極間串聯(lián)有正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTC2，所說的晶體管T1、T2是兩個VMOS管構(gòu)成，也可以用兩只雙極型功率管代替，所說的熱敏電阻器PTC1是安裝在T1和T2的兩個散熱板之間。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點是根據(jù)電子燈使用的電源電壓和消耗功率，設(shè)計保險絲BX的容量和壓敏電阻器MYG的工作電壓，有效地進行過電壓保護；在逆變電路的電源輸入端串聯(lián)正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTC1，而且安裝在兩個晶體管的散熱板之間，簡單而可靠地對異常狀態(tài)下工作所引起的過電流、過熱作自我保護；在電源整流電路輸出端與電源濾波電容器之間接有隔離二極管，使逆變器輸出的高頻電流直接受整流電路輸出的脈動直流電流的調(diào)制，線路功率因數(shù)得以提高，電源電流波形畸變極??；燈管的兩個陰極間串聯(lián)有熱敏電阻器PTC2，實現(xiàn)預(yù)熱啟輝，延長了燈管使用壽命。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明采用VMOS管的電原理圖；圖3為本發(fā)明采用雙極型晶體管的電原理圖；圖4為本發(fā)明輸入電壓波形；圖5為本發(fā)明電源電流波形；
圖6為MYG電壓－電流特性曲線；圖7為PTC電流、溫度－電阻特性曲線。
現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
參照圖1，本發(fā)明由燈管1，殼體2和裝在殼體內(nèi)的電子鎮(zhèn)流器3組成。在燈管1的內(nèi)壁涂有稀土熒光粉4，使之比普通熒光粉有更高的發(fā)光效率。燈管1是固定安裝在殼體2上面的，也可以按照本公司的專利技術(shù)《插卸式雙曲熒光燈》(公告號CN87209826)制造，使它與電子鎮(zhèn)流器3及殼體2分開，做成插卸式。
圖2所示的實施例是采用VMOS管的電原理圖。保險絲BX串聯(lián)在電子鎮(zhèn)流器的電源輸入端，并與L1、L2組成的共?？垢蓴_濾波器相連接。采用E型磁芯、兩個匝數(shù)相等、方向相同的線圈L1、L2是繞在同一骨架上的，它對于電源相線與地線間的共模雜音及電子燈所發(fā)生的高頻干擾電流呈現(xiàn)極大感抗，具有良好的抑制作用。與它相并聯(lián)的電容器C1加強其抗干擾作用。壓敏電阻器MYG與共?？垢蓴_濾波器的L1、L2的兩個輸出端連接。由四只二極管D1－D4接成橋式整流電路，如果交流電源電壓低，可以按倍壓式整流電路連接。在整流電路正輸出端和電源濾波大電容器C3之間接有隔離二極管D5，其正極與整流電路正輸出端連接，負極與C3的正端連接。從電容器C3的正端到逆變電路的正電源輸入端回路中串聯(lián)有正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTC1，構(gòu)成過電流、過熱自動保護器。逆變電路由兩只VMOS晶體管T1、T2和脈沖變壓器B構(gòu)成半橋式逆變器。脈沖變壓器的初級線圈L3的一端與逆變器的輸出端連接，另一端與鎮(zhèn)流電感器L6連接。次級線圈L4經(jīng)R4與T1的柵－源極并聯(lián)，并與L3同相；L5經(jīng)R6與T2的柵－源極并聯(lián)，并與L3反相。穩(wěn)壓二極管D7、D8分別與T1、T2的柵－源極并聯(lián)，構(gòu)成正反饋脈沖限幅器。R3和R5串聯(lián)在晶體管的源極回路中，起電流負反饋作用，提高電路工作穩(wěn)定性。觸發(fā)二極管D6與電阻器R1、電容器C4接成觸發(fā)啟動電路。二極管D9的正極與R1、C4的連接點相接，負極接T2的漏極，起箝位作用。由于R1》T2的導(dǎo)通電阻，逆變器啟動工作后，C4上端電位被D9箝制在D6的觸發(fā)電平以下，使觸發(fā)器電路自動退出觸發(fā)狀態(tài)，相位校正網(wǎng)絡(luò)R2、C5串聯(lián)后與T1的漏－源極并聯(lián)，作高頻電流的相位補償。熒光燈管1的一個陰極與鎮(zhèn)流電感器L6連接，另一個陰極經(jīng)交連電容器C6后直接與整流電路的正輸出端連接。啟動電容器C7和正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTC2并聯(lián)后，串聯(lián)在兩個陰極之間，作延遲起輝。
本發(fā)明的工作原理是通電后，市電通過BX，由L1、L2和C2濾波，濾除來自電源的干擾脈沖，也減弱逆變器的高頻電流對電源線路的影響。一旦電源電壓超過額定允許范圍，并聯(lián)兩端的壓敏電阻器MYG擊穿工作，BX迅速熔斷，作過電壓保護，保證電子燈各元器件的安全。由D1－D4整流后的脈動直流電流通過D5向C3充電濾波，經(jīng)PTC1提供T1、T2工作。脈沖變壓器B利用鐵芯合成磁通正反周期重復(fù)變化而使晶體管輪流導(dǎo)通輸出高頻電流，經(jīng)過L3、L6和諧振電容器C7引火使燈管1工作。高頻電流經(jīng)過C6耦合后直接對整流電路輸出的脈動直流電流進行調(diào)制。雖然電容器C2并聯(lián)在整流電源輸出端，其容量太小，只對高頻電流構(gòu)成通路，而對脈動直流電流容抗極大；作電源濾波的C3雖是大容量電解電容器，由于D5的隔離，僅在開機瞬間充電電流較大，逆變器正常工作后從C3上吸取的能量極小，因而C3上充電電流也極小，使交流電源電流波形基本接近正弦波，功率因數(shù)得以提高，電源電流波形畸變也因此而減小。開機后一定時間內(nèi)流進PTC2的高頻電流使具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻器發(fā)熱，兩個陰極也同時被加熱后，其電阻值就跳變到最大值。由于與之并聯(lián)的啟動電容器C7容量只有C6的幾分之一，所以在L6、C6、C7的串聯(lián)諧振回路中，C7兩端的諧振電壓是C6的幾倍，這樣高的電脈沖將會激發(fā)燈管1使之啟輝。燈管1點燃后兩個陰極間電壓降至工作電壓，流經(jīng)C7的高頻電流大大降低，而PTC2的維持電流僅在毫安級以下。這種軟啟動工作狀態(tài)減輕了燈管冷陰極硬激發(fā)引起的濺射黑粉現(xiàn)象，正常工作時燈管陰極進入冷態(tài)工作，這是延長燈管工作壽命的關(guān)鍵所在。本發(fā)明將正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTC1安裝在T1和T2的兩個散熱板之間，一旦出現(xiàn)燈管1開路、漏氣、陰極損壞、燈不啟動、啟動器短路或整流效應(yīng)的異常狀態(tài)，都將引起逆變電路的工作電流成倍地增大，晶體管T1、T2的溫升急劇增大，可高達120℃左右。達到PTC1的動作電流或動作溫度，其阻值急劇上升，溫度系數(shù)可達＋(15－60)％／℃，瞬間呈高阻狀態(tài)，實現(xiàn)過電流、過熱自動保護功能。
根據(jù)上述原理，PTC1串聯(lián)在T1漏極或T2的漏極，其作用和效果與串聯(lián)在C3正端到逆變電路正電源輸入端回路中是相同的。
圖3是本發(fā)明又一種實施例的電原理圖，其工作原理及L1、L2、MYG、D5、PTC1和PTC2的結(jié)構(gòu)、作用與上例基本相同。不同之處在于半橋式逆變電路中的T1、T2是由雙極型晶體管構(gòu)成，C8和C9分別串聯(lián)在T1、T2的基極回路中，R7、R8、R10和R9、R10、D11分別構(gòu)成T1、T2的基極偏置電路，提供合適的工作點。二極管D12、D13分別與T1、T2反向并聯(lián)，構(gòu)成反向脈沖電流通路，保護T1、T2不被擊穿。它通電0.1秒鐘左右，自動從甲類工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為兩類，基極自生負偏壓達0.5－2V，減小基區(qū)存儲效應(yīng)，使晶體管T1、T2輪流工作時，提前截止而延遲導(dǎo)通，大大減少普通采用觸發(fā)二極管起振的半橋式逆變電路常發(fā)生互導(dǎo)通的弊端。
圖4為本發(fā)明輸入電壓波形，圖5為本發(fā)明電源電流波形?？梢钥闯?，兩者相位基本相近，電源電流波形也接近正弦波。
本發(fā)明所選用的壓敏電阻器的主要參數(shù)標(biāo)稱電壓U?？砂聪率接嬎鉛0＝1.5·

U±10％式中U為交流電源電壓有效值。
PTC1和PTC2應(yīng)選擇突變型正溫度系數(shù)熱敏電阻器，其工作電流應(yīng)與電子燈功率相匹配，居里點應(yīng)選擇在110℃以前。圖6是MYG電壓－電流特性曲線。圖7是本發(fā)明選用的PTC元件的電流、溫度－電阻特性曲線。其中PTC1的常態(tài)電阻應(yīng)選取10Ω以下，以減少正常工作時功耗，選擇PTC2應(yīng)滿足燈管陰極的預(yù)熱要求，以20－30W熒光燈為例，陰極預(yù)熱電流為0.2－0.3A，預(yù)熱時間為0.4－2秒鐘。D5應(yīng)選擇快速恢復(fù)二極管，trr參數(shù)最好小于lus，L1、L2可在E5磁芯上用漆包線各繞制150圈而成。
經(jīng)實測，本發(fā)明的功率因數(shù)可達98％以上，電源電流波形畸變系數(shù)可降低到7％，異常狀態(tài)自我保護動作可靠，燈管陰極預(yù)熱啟動延長其使用壽命一倍左右。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，適用于緊湊型節(jié)能電子燈，亦可安裝成大體積的直管形熒光燈。
權(quán)利要求1.帶有異常狀態(tài)保護器高功率因數(shù)電子燈，包括燈管1、殼體2和電子鎮(zhèn)流器3，其特征在于電子鎮(zhèn)流器的電源輸入端經(jīng)保險絲BX再并聯(lián)壓敏電阻器MYG，由晶體管T1、T2和脈沖變壓器B構(gòu)成半橋式逆變電路的直流電源輸入端串聯(lián)有正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTC1，在D1-D4構(gòu)成的電源整流電路輸出端與電源濾波大電容器C3之間接有二極管D5，其正極與整流電路正輸出端連接，負極與C3的正端連接，燈管的一個陰極經(jīng)鎮(zhèn)流電感器L6與逆變電路的輸出端連接，另一個陰極經(jīng)交連電容器C6與整流電路正輸出端相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的帶有異常狀態(tài)保護器高功率因數(shù)電子燈，其特征在于所說燈管1的兩個陰極間串聯(lián)有正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTC2，所說的晶體管T1、T2是兩只VMOS管構(gòu)成，也可用兩只雙極型功率管代替，所說的熱敏電阻器PTC1是安裝在T1和T2的兩個散熱板之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的帶有異常狀態(tài)保護器高功率因數(shù)電子燈，其特征在于所說的電子鎮(zhèn)流器3內(nèi)的保險絲BX與D1－D4構(gòu)成的電源整流電路之間還接有線圈L1、L2構(gòu)成的共?？垢蓴_濾波器，兩只線圈同相連接并繞在同一磁芯上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的帶有異常狀態(tài)保護器高功率因數(shù)電子燈，其特征在于所說的燈管1內(nèi)壁涂有稀土熒光粉4，它可以與電子鎮(zhèn)流器3一起固定于殼體2，也可以與電子鎮(zhèn)流器分開做成插卸式。
專利摘要帶有異常狀態(tài)保護器高功率因數(shù)電子燈，屬氣體放電光源，包括燈管、殼體和電子鎮(zhèn)流器。主要技術(shù)特征是交流電源輸入端并聯(lián)壓敏電阻器MYG；逆變電路的直流電源輸入端串聯(lián)有正溫度系數(shù)熱敏電阻器PTCI，構(gòu)成功能齊全的異常狀態(tài)保護器。二極管D5串接在整流電路和電源濾波電容器之間，具有高的功率因數(shù)，使電源電流波形畸變極小。熱敏電阻器PTC2串聯(lián)在燈管的兩個陰極之間，實現(xiàn)預(yù)熱啟輝。本裝置可用于緊湊型電子節(jié)能燈或直管形熒光燈，以提高其可靠性和光電技術(shù)指標(biāo)。
文檔編號H01J61/00GK2155626SQ9320201
公開日1994年2月9日 申請日期1993年1月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月16日
發(fā)明者周云正 申請人:浙江照明電器總公司